Bilinen en küçük kozmolojik yapı taşları temel parçacıklardır. Araştırmacılara göre, hiçbir iç yapıya sahip olmadıklarına inanıldığı için yer kaplamayan sıfır boyutlu noktalar olduklarına inanılıyor. Parçacıkların etkileşimlerini ve neredeyse tüm kuvvetleri tanımlayan Standart Fizik Modeli sadece 10 tanesini kabul etse de, elektronlar tartışmasız en iyi bilinen temel parçacıktır.
Elektronlarla İlişkili Parçacıklar
Atomların negatif yüklü yapı taşlarına elektron denir. Sıfır boyutlu noktasal parçacıklar olduklarına inanılsa da, elektronlar aslında sürekli olarak ortaya çıkıp kaybolan ve elektronun ayrılmaz bir parçası olarak hizmet eden diğer sanal parçacıklardan oluşan bir bulutla çevrilidir. Bazı fikirlere göre, elektronun hafif bir pozitif kutbu ve hafif bir negatif kutbu vardır, dolayısıyla bu varsayımsal parçacık bulutu biraz orantısız olmalıdır.
Eğer öyleyse, elektronlar pozitron antimadde muadillerinden farklı davranabilir ve potansiyel olarak madde ve antimadde hakkındaki birkaç bulmacayı çözebilir. Bildikleri kadarıyla fizikçiler bir elektronun şeklini defalarca ölçmüş ve tam olarak küresel olduğunu keşfetmişlerdir, bu nedenle antimaddeyi çevreleyen gizemler konusunda karanlıkta kalmışlardır.
Müon ve tau elektronun daha ağır iki kuzenidir. Uzaydan gelen yüksek enerjili kozmik ışınlar Dünya’nın üst atmosferine çarptığında, müonları da içeren olağandışı bir parçacık yağmuru oluşur. Elektronlardan 3.400 kat daha ağır oldukları için taular daha da azdır ve üretilmeleri daha zordur. Leptonlar nötrinolar, elektronlar, müonlar ve tausları içeren temel parçacıkların bir alt kategorisidir.
Bir başka temel parçacık türü de proton ve nötronların yapı taşları olan kuarklardır. Madde olarak kabul ettiğimiz madde kuarklardan ve leptonlardan oluşur.
Uzun zaman önce bilim insanları atomların var olabilecek en küçük nesneler olduğunu düşünüyorlardı; “atom” adı Yunanca “bölünemez” anlamına gelen “atomos” kelimesinden türetilmiştir. Atom çekirdeğinin proton ve nötron içerdiği 20. yüzyılın başında keşfedildi. Parçacık hızlandırıcıları 1950’ler ve 1960’lar boyunca pionlar ve kaonlar da dahil olmak üzere çeşitli garip atom altı parçacıkları ortaya çıkarmaya devam etti.
Kaliforniya SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan gelen tarihi bir rapora göre, fizikçiler Murray Gell-Mann ve George Zweig 1964 yılında bağımsız olarak protonların, nötronların ve parçacık hayvanat bahçesinin geri kalanının iç işleyişini açıklayabilecek bir model sundular. Altı farklı tür ya da tada (yukarı, aşağı, tek, tılsım, alt ve üst) ayrılabilen ve kuark adı verilen küçük parçacıklar proton ve nötronların içinde bulunur.
Nötronlar iki aşağı kuark ve bir yukarı kuarktan oluşurken, protonlar iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan oluşur. Kuarkların en hafif türleri yukarı ve aşağı kuarklardır. Yukarı ve aşağı kuarklar aynı zamanda evrende en yaygın olanlardır; dolayısıyla, protonlar ve nötronlar aşina olduğumuz şeylerin çoğunu oluşturur. Bunun nedeni, daha büyük kütleli parçacıkların daha az kütleli parçacıklara ayrılma eğiliminde olmalarıdır.
Yukarı, aşağı, garip, tılsım ve alt, 1977 yılına kadar fizikçiler tarafından laboratuvarda izole edilen altı kuarktan ilk beşiydi, ancak 1995 yılına kadar Illinois’deki Fermilab Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki bilim adamları tarafından üst kuark keşfedilmedi. Keşfi, daha sonra Higgs bozonu için yapılan avla aynı hararetle takip edilmişti. Yukarı kuarklardan yaklaşık 100 trilyon kat daha ağır olduğu için parçacık hızlandırıcılarında üst kuarkı yaratmak çok daha fazla enerji gerektirmiştir.
Doğanın Temel Kuvvetleri
Sonra güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler, elektromanyetizma, yerçekimi ve doğanın bu dört temel kuvveti vardır. Bunların her birinin kendisiyle birlikte gelen temel bir parçacığı vardır.
Elektromanyetik kuvvet, en iyi bilinen parçacıklar olan fotonlar tarafından taşınır. Protonlar ve nötronlar, birlikte güçlü nükleer kuvveti oluşturan kuarkları ve gluonları içerir. İki temel parçacık olan W ve Z bozonları, bazı nükleer reaksiyonları düzenleyen zayıf kuvveti taşır. CERN’e göre, nötrinolar yalnızca yerçekimi ve zayıf kuvveti deneyimledikleri için, bu bozonlarla etkileşime girerek fizikçilerin ilk kez onların varlığını göstermelerine olanak sağladılar.
Burada yerçekimi bir yabancıdır. Fizikçiler graviton olarak bilinen temel bir parçacığın var olabileceğine inansalar da bu parçacık Standart Model’de yer almamaktadır. Gravitonlar varsa, İsviçre’nin Cenevre kentindeki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) üretilebilir, ancak CERN bunların hızla diğer boyutlarda kaybolacağını ve arkalarında boş bir alan bırakacaklarını öngörmektedir. LHC henüz herhangi bir graviton ya da başka boyut keşfetmiş değil.
Temel parçacıkların hükümdarı olan Higgs bozonu, diğer tüm parçacıklara kütlelerini verir. Zincirdeki son bileşendir. Standart Model veri tabanını tamamlamak için bilim insanları Higgs’i aradılar ki bu önemli bir görevdi. Nihayetinde 2012 yılında Higgs keşfedildiğinde fizikçiler çok sevindi, ancak bulgular onları zorlu bir duruma da soktu.
Higgs parçacığı tahmin edilen görünümüne neredeyse tamamen benzese de, bilim insanları daha fazlasını umuyorlardı. Standart Model’in yerçekiminin tanımı gibi bazı önemli ayrıntılardan yoksun olduğu bilindiğinden, fizikçiler Higgs bozonunun keşfinin Standart Model’in yerini alabilecek diğer teorilere işaret edeceğine inanıyorlardı. Ancak şimdiye kadar yaptıkları araştırmalar hiçbir sonuç vermedi.
Kaynak: LiveScience
